采用TJ-3新型氮碳共渗基盐对气门液体软氮化.pdf

王忠诚王东李杨:采用T丁J-3新型氮碳共渗基盐对气『门液体软氮化
工艺技术
采用TJ-3新型氮碳共渗基盐对气门液体软氮化
New Type Nitrocarburizing TJ-3 Application in Valve Soft Nitriding
王忠诚王东李杨
(济南沃德汽车零部件有限公司)
〔摘要〕马氏体耐热钢气门在液体氩碳共渗后,可获得高的表面硬度、良好的抗腐蚀性、抗咬合
性以及疲劳强度,赋予了气门在高速运动下具有的良好的综合力学性能,但对于盘锥面渗层深和
杆部需要抛光或磨削的气门而言,普通的国内外的氩碳共渗基盐无法满足要求,安丘亚星近年来
研制的T-3基盐则解决了此难题,同时指出良好的盐浴保养等是实现气门表面清洁的重要措施。
〔关健词〕气门氩碳共渗;盘锥面;杆部抛光(磨削);清洁度;粗糙度
0前言
( Degussa)公司、美国科林公司( Kolune)、法国HEF
内燃机气门是发动机内产生动力的关键部件,公司等均大批量生产。近20年来,我国许多研究院
为“心脏”部位,服役过程中的气门高速的上下运所与企业联合,生产出了性能接近与超过国外同类
动,盘锥面反复的开启与关闭而产生动力,此时气的氮碳共渗基盐,因其价格低、质量稳定而获得了
处于高温和具有强烈腐蚀的燃烧的气体中,同时较为广泛的应用。气门、挺杆、连杆、曲轴等均采用
要承受抗拉、抗压以及冲击力的频繁作用。因此其应了该处理技术,一般气门的氮化层深度要求0.010
具有良好的综合力学性能,气门的杆部与盘锥面进行000m,实际多在0025m以下,表面硬度600
氮碳共渗处理后,具备了抗腐蚀性、抗耐磨性、抗咬合HVO2,表面粗糙度≤050um,清洁度≤0.5mg支,表
性和抗疲劳性等,可满足气门的服役需要。气门材料为面颜色均匀呈黑色或银灰色,一般而言渗层在
马氏体耐热钢,常见的为4C9Si2,4cr10Si2Mo、0.025mm以下时,表面粗糙度勉强合格,清洁度是难
5C8529cr18MoV等,如果要求盘維面和杆部渗层在以保证。如果要求深层氮化(渗层在0.030m以
003m以上,粗糙度保持在050pm以下,杆部削抛上),粗糙度与清洁度符合要求,已经成为气门制造
光在0005-001mm,表面无腐蚀,采用一般的氮碳共渗厂努力的方向与重点。
基盐处理是十分困难的,针对此技术要求,国外气门制2氮碳共渗基盐的性能对比
造厂家则不采用液体氮碳共渗,而是进行气体氮碳共
选用安丘亚星热处理材料有限公司生产的T丁
渗,时间为3-5h,因此采用液体氮碳来解決此难题,已成2与TJ-3氮碳共渗基盐进行工艺试验与性能对比,
为气门制造厂家共同关注的焦点。
其中TJ-2是性能稳定的氮碳共渗基盐,TJ-3是研
国内外气门氮碳共渗的现状
制的新型氮碳基盐,对两种基盐进行分析,哪种基
国外气门的表面处理分为软氮化和镀铬,我国气盐能满足上述比较苛刻的技术要求。
门行业的离子氮化与软氮化,是从上个世纪80年代2.1TJ-2与TJ-3氯碳共渗基盐基本性能的对比
后期开始探索与试验的,到90年代中期液体软氮化
从表1可知,J-2与叮-3氮碳共渗基盐的成
工艺已经成熟,并得到了推广与应用,目前国内外气门分的主要差异在于CNO的范围不同。文献指出?
制造厂家普遍采用这一先进的氮化工艺,国内每年的在温度一致的前提下,CNO的范围高低决定了盐浴
氮化气门总量达到10亿支,全国大中小型气门制造的渗速和活性,TJ-3氮碳共渗基盐是基于通过调整
企业近50余家,年产气门30亿支,可见软氮化气门其范围而实现软氮化处理的,事实上该盐的流动性
以其特有的性能,占有重要的地位。
好,也是一个十分重要的条件。目前国外对于软氮
氮碳共渗基盐已经商品化,国外的德国迪高沙化后盘锥面不磨削或杆部磨削的气门通常采用气
万方数据
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内燃机与配件
2011年第7期
体软氮化,才能满足其表面粗糙度的技术要求,不性仍需要进行淬硬处理。而采用先氮化后高频淬火
会出现腐蚀麻坑等致命缺陷。
的工艺,造成气门锁夹槽部位直径的增大,出现软
表1T-2与-3碳共渗基盐基本部分的对比氮化层发白、剥落或氧化色等,严重的引起多槽锁
性能指标
序号与特征/2氯碳共渗基盐TJ3氮碳共渗基盐」备注
夹槽距的变形与直径的变化,因此如何解决该问题
1)CNO36-39%1)CNO:34-379%m-3基
是大家共同努力的方向。
CN:<0.1%
CN:<0.1%
1)成份
CO:14~17%
CO4-17%、的
先对锁夹槽部分进行高频溶火,即15m的区
2)外P固体基盐为自P)固体盐为白にT?域为淬火马氏体状态,随后进行杆部和槽径磨削加
能
熔点<450℃,熔3)熔点<450℃,基盐低
融态的比重为融态的比重为2-4个百
工,软氮化后仍确保硬度在50HRC以上,这是最为
L 175-180kgdm, I 1. 70kgldm'a
理想的工艺流程与思路。根据4Cr9Si2和
1)基盐TJ-2可提
渗速慢原
4Cr10Si2Mo硬度与回火温度的关系,保持50HRC
供氮磯共渗所需的1)T]-3与TJ-2的因在于
活性氮原子与碳原功能基本一致,其CNo含
以上的回火温度分别为520℃和530℃,考虑到氮
子,具有渗速快流渗速较T2慢些,量低,散
动性好等特点,服但低温下盐液流动活性
化坩埚为外加热,故软氮化温度应在515~525℃是
役状态下CNO-每性好,渗速有所提原子的数
比较合适的。
小时递降01%高,气门表面光滑量减少
1)功能.2%,使用温度为润泽,表面粗糙度m-3中
需要注意的是一般的氮碳共渗基盐的使用温
2)熔盐成530-580
得到有效保障。碳酸锂的
份的控2)熔盐成份控制指2)熔盐成份控制指含量通常
度为530-580℃,在520℃范围内的盐浴的活性和流
制指标标
标
控制在
CNO-:控制在36-CNO:控制在32~5-10%
动性差,会出现盐浴成分的偏析,发生碳酸盐的沉
38%之间,控制的35%之间,控制的可延缓
精度可达到士%即精度可达到士1%即CNO
的
淀即,在通常的氮化时间内,是无法保证渗层合格
可保证处理质量。可保证处理质量。分解速
的,如果延长氮化时间则势必造成粗糙度差和表面
CN:≤1%使用当CN-:比较低,通常度,减少
中偏差过大时,不?不作化验与控制。CN-的含
腐蚀。应当指出4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo等钢的回火
超过0.5%。
量
时间一般为150min,因此其延长后的总氮化时间也
1)工作一定时间
不大于该时间,否则因氮化生产效率过低而难以进
后,盐浴呈黑灰色
底部有沉渣与表面
行作业。TJ-3氮碳共渗基盐则克服了一般氮碳共渗
漂浮渣,可看到片1)盐浴清澈和清
状物翻滚,要保持洁,产渣少或基本TJ-3基
基盐的缺陷,即在低温下(510℃左右)仍具有足够的
盐浴的清洁,正常无渣,气门表面灰盐处理后
活性与流动性,添加的碳酸锂提高了渗速,盐浴的
3使用与每天应底機溢少:
的气门表
养规定次,以确保调整后2)适当降低2